CN210194702U

CN210194702U - 一种桩基埋管地源热泵系统模型的试验系统

Info

Publication number: CN210194702U
Application number: CN201920688143.4U
Authority: CN
Inventors: Ting Ren; 任亭
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-05-14
Filing date: 2019-05-14
Publication date: 2020-03-27
Anticipated expiration: 2029-05-14

Abstract

本实用新型公开了一种桩基埋管地源热泵系统模型的试验系统，包括模型槽装置、温控循环装置和量测装置，模型槽装置包括模型箱、加载部和传力部，模型箱用于装载待测量的试验桩，传力部设置于模型箱上，传力部用于对待测量的试验桩施加测试力，加载部用于将测试力加载至试验桩的桩顶；温控循环装置用于与模型槽装置连接，温控循环装置用于将模型槽装置内部的温度控制在测试温度的范围内；量测装置用于获取试验过程中模型槽装置的试验数据。本实用新型的桩基埋管地源热泵系统模型的试验系统模拟了桩基埋管地源热泵系统实际工作时的场景，从而对桩基埋管地源热泵系统模型试验研究关键因素进行检测，且系统结构简单，操作简便，具有良好的应用前景。

Description

一种桩基埋管地源热泵系统模型的试验系统

技术领域

本实用新型涉及岩土工程领域，具体地涉及一种桩基埋管地源热泵系统模型的试验系统。

背景技术

桩基埋管地源热泵系统，又称热交换桩，是一种新型建筑节能技术。它利用地下浅层温度较为恒定的特点，将建筑桩基与地源热泵中的换热管相结合，既能发挥其承载上部建筑结构的功能，又能对浅层地热能源加以利用，同时还能大幅度降低地源热泵的投资成本，具有一举多得的优点。

截至目前，桩基埋管地源热泵系统技术已经在我国得到应用。但是，由于缺乏可靠的技术评估和设计规范指导，因此还未广泛用于工程实践当中。桩基埋管地源热泵系统的设计主要依据建筑物能源需求、建筑物材料的热物性；然而目前对于桩基埋管地源热泵系统的工程设计尚未有系统性的计算方法。因此，热交换过程对桩体造成的力学性能的影响的研究，对于认清桩基埋管地源热泵系统技术原理及其推广应用具有重要意义。

作为岩土工作者最早采用的研究方法之一，模型试验在桩基力学特性的研究上已经得到相当广泛的应用。通过控制边界条件，模型试验能够重现现场条件并准确获取岩土结构的力学特性；另外，通过实验过程中对热交换过程进行监测，可以获取热传递特性。因此，模型试验可以用来研究桩基埋管地源热泵系统技术的热力学特性。

目前相关文献中关于桩基埋管地源热泵系统模型试验系统大多由普通桩基模型试验装置改造而成，对其机械荷载与温度荷载的施加、关键变量如桩头荷载、桩身应力应变、换热管进出口温度、桩身温度、桩周土体温度的监测以及循环液的温控方法未成系统，不能满足桩基埋管地源热泵系统物理模型试验研究的需要。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供了一种对试验桩温度、应变、力进行检测的桩基埋管地源热泵系统模型的试验系统。

为了实现上述的目的，本实用新型采用了如下的技术方案：

在一个总体方面，提供了一种桩基埋管地源热泵系统模型的试验系统，其特征在于，所述试验系统包括模型槽装置、温控循环装置和量测装置，

所述模型槽装置包括模型箱、加载部和传力部，所述模型箱用于装载待测量的试验桩，所述传力部设置于所述模型箱上，所述传力部用于对所述待测量的试验桩施加测试力，所述加载部设置于所述传力部与所述模型箱之间，所述加载部用于将所述测试力加载至所述试验桩的桩顶；

所述温控循环装置用于与所述模型槽装置连接，所述温控循环装置用于将所述模型槽装置内部的温度控制在测试温度的范围内；

所述量测装置与所述模型槽装置连接，所述量测装置用于获取试验过程中所述模型槽装置的试验数据。

优选的，所述模型箱包括模型箱本体、承载框架，所述模型箱本体具有容置槽，所述容置槽用于装载待测量的试验桩，所述容置槽的内壁表面设置有隔热层，所述承载框架设置于所述容置槽的开口上，所述承载框架上依次设置加载部和传力部。

优选的，所述承载框架包括三个框架本体，所述三个框架本体沿远离所述容置槽的开口的方向依次设置，相邻的所述框架本体之间通过支撑梁固定连接；所述框架本体包括相对设置的两个第一横梁，以及连接两个第一横梁的同一端部的第二横梁，所述框架本体还包括连接两个第一横梁的中部的第三横梁，所述第三横梁的中部设置有轴承。

优选的，沿远离所述容置槽的开口的方向依次为第一框架本体、第二框架本体和第三框架本体；

所述传力部包括穿过所述第三框架本体的轴承和所述第二框架本体的轴承的传力光轴，以及穿设于所述传力光轴且设置于所述第三框架本体与所述第二框架本体之间的砝码托盘；所述传力部还包括设置于所述传力光轴的靠近所述容置槽的端部的传力端头。

优选的，所述加载部设置于所述第二框架本体与第一框架本体之间，所述加载部包括具有通孔的加载部本体，所述加载部本体的远离所述容置槽的一端设置有传力槽，所述传力槽与所述传力端头抵接；所述加载部本体的靠近所述容置槽的一端设置有套筒，所述套筒用于与所述待测量的试验桩的一端连接，所述待测量的试验桩的另一端穿过所述第一框架本体的轴承装载于所述容置槽中。

优选的，所述温控循环装置包括温控箱本体，设置于温控箱本体内部的恒温舱，设置于所述通孔内的换热管，所述温控循环装置还包括进水管和出水管，所述进水管的一端与所述换热管连通，所述进水管的另一端与所述恒温舱连通，所述出水管的一端与所述换热管连通，所述出水管的另一端与所述恒温舱连通。

优选的，所述量测装置包括力检测部、温度检测部、位移检测部、应变检测部和控制部，

所述力检测部分别与所述模型槽装置和所述控制部连接，以将对所述模型槽装置检测的力检测数据传送给所述控制部；所述力检测部包括力采集器和设置于所述加载部本体与所述传力槽之间的力传感器，所述力采集器分别与所述力传感器与所述控制部连接；

所述位移检测部分别与所述模型槽装置和所述控制部连接，以将对所述模型槽装置检测的位移检测数据传送给所述控制部；

所述温度检测部分别与所述模型槽装置和所述控制部连接，以将对所述模型槽装置检测的温度检测数据传送给所述控制部；

所述应变检测部分别与所述模型槽装置和所述控制部连接，以将对所述模型槽装置检测的应变检测数据传送给所述控制部。

优选的，所述位移检测部包括位移采集器以及对称设置于所述加载部本体两侧的位移计，所述位移采集器分别与所述位移计和所述控制部连接。

优选的，所述容置槽填充有淹没所述试验桩的试验土；

所述温度检测部包括温度采集器及多个温度传感器，所述多个温度传感器分别设置于所述换热管、所述进水管、所述出水管、所述试验桩以及所述试验土上；所述温度采集器分别与所述多个温度传感器和所述控制部连接。

优选的，所述应变检测部包括光纤光栅解调仪和多个光栅应变传感器，所述多个光栅应变传感器设置于所述试验桩两侧，所述光纤光栅解调仪分别与所述多个光栅应变传感器及所述控制部连接。

本实用新型提供了一种桩基埋管地源热泵系统模型的试验系统，通过设置模型槽装置对试验桩进行负载检测，设置温控循环装置对模型槽装置的温度进行控制，设置量测装置对模型槽装置的试验数据进行检测，模拟了桩基埋管地源热泵系统实际工作时的场景，从而对桩基埋管地源热泵系统模型试验研究关键因素进行检测，该试验系统结构简单，操作简便，具有良好的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本实用新型的实施例的桩基埋管地源热泵系统模型的试验系统的结构示意图；

图2是根据本实用新型的实施例的模型箱的结构示意图；

图3是根据本实用新型的实施例的传力部的结构示意图；

图4是根据本实用新型的实施例的加载部的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型的实施例中的附图，对本实用新型的实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1是根据本实用新型的实施例的桩基埋管地源热泵系统模型的试验系统的结构示意图。

参照图1所示，本实用新型的实施例公开了一种桩基埋管地源热泵系统模型的试验系统，所述试验系统包括模型槽装置100、温控循环装置200和量测装置300。

具体地，模型槽装置100包括模型箱110、加载部120和传力部130。模型箱110用于装载待测量的试验桩400。传力部130设置于模型箱110上。传力部130用于对待测量的试验桩400施加测试力，加载部120设置于传力部130与模型箱110之间。加载部120用于将测试力加载至试验桩400的桩顶。

具体地，温控循环装置200用于与模型槽装置100连接。温控循环装置200用于将模型槽装置100内部的温度控制在测试温度的范围内，以控制试验所需的温度。

具体地，量测装置300与模型槽装置100连接。量测装置300用于获取试验过程中模型槽装置100的试验数据。

本实用新型的桩基埋管地源热泵系统模型的试验系统模拟了桩基埋管地源热泵系统实际工作时的场景，从而对桩基埋管地源热泵系统模型试验研究关键因素进行检测。

图2是根据本实用新型的实施例的模型箱的结构示意图。

参照图2所示，本实用新型的实施例的模型箱110包括模型箱110本体111、承载框架。模型箱110本体111具有容置槽。容置槽用于装载待测量的试验桩400。容置槽的内壁表面设置有隔热层112。承载框架设置于所述容置槽的开口上。承载框架上依次设置加载部120和传力部130。

进一步地，承载框架包括三个框架本体。三个框架本体沿远离容置槽的开口的方向依次设置，沿远离所述容置槽的开口的方向依次为第一框架本体、第二框架本体和第二框架本体。相邻的框架本体之间通过支撑梁113固定连接。框架本体包括相对设置的两个第一横梁114，以及连接两个第一横梁114的同一端部的第二横梁115。框架本体还包括连接两个第一横梁 114的中部的第三横梁116。第三横梁116的中部设置有轴承117。

图3是根据本实用新型的实施例的传力部的结构示意图。

参照图3所示，本实用新型的实施例的传力部130包括穿过第三框架本体的轴承117和第二框架本体的轴承117的传力光轴131，以及穿设于传力光轴131且设置于第三框架本体与第二框架本体之间的砝码托盘132。通过改变砝码托盘132上的砝码重量调整对试验桩400 施加的试验力。传力部130还包括设置于传力光轴131的靠近容置槽的端部的传力端头133。优选地，传力端头133为球形。

图4是根据本实用新型的实施例的加载部的结构示意图。

参照图4所示，本实用新型的实施例的加载部120设置于第二框架本体与第一框架本体之间。加载部120包括具有通孔的加载部本体121。加载部本体121的远离容置槽的一端设置有传力槽122。传力槽122与传力端头133抵接。优选地，传力槽122的形状与传力端头133相匹配。传力槽122将传力部130施加的试验力加载至试验桩400上。加载部本体121 的靠近容置槽的一端设置有套筒123。套筒123用于与待测量的试验桩400的一端连接。待测量的试验桩400的另一端穿过第一框架本体的轴承117装载于容置槽中。

作为本实用新型的一种实施方式，温控循环装置200包括温控箱本体210、设置于温控箱本体210内部的恒温舱220，以及设置于通孔内的换热管230。温控循环装置200还包括进水管240和出水管250。其中，进水管240的一端与换热管230连通，进水管240的另一端与恒温舱220连通。出水管250的一端与换热管230连通，出水管250的另一端与恒温舱220连通。

作为本实用新型的一种实施方式，温控循环装置200还包括循环泵260和流量计270。优选地，出水管250的另一端经过循环泵260之后与恒温舱220连通，循环泵260可以设定液体的循环流动速度。优选地，进水管240的另一端经过流量计270之后与恒温舱220连通。

作为本实用新型的一种实施方式，量测装置300包括力检测部、温度检测部、位移检测部、应变检测部和控制部390。

具体地，力检测部分别与模型槽装置100和控制部390连接，以将对模型槽装置100检测的力检测数据传送给控制部390。力检测部包括力采集器310和设置于加载部本体121与传力槽122之间的力传感器320。力采集器310分别与力传感器320与控制部390连接。力检测部可以采集试验过程中试验桩400桩顶的荷载大小。

具体地，位移检测部分别与模型槽装置100和控制部390连接，以将对模型槽装置100 检测的位移检测数据传送给控制部390。位移检测部可以记载试验过程中试验桩400桩顶的位移变化。

作为本实用新型的一种实施方式，位移检测部包括位移采集器350以及对称设置于加载部本体121两侧的位移计360。位移采集器350分别与位移计360和控制部390连接。

具体地，温度检测部分别与模型槽装置100和控制部390连接，以将对模型槽装置100 检测的温度检测数据传送给控制部390。

作为本实用新型的一种实施方式，容置槽内填充有淹没所述试验桩400的试验土500。温度检测部包括温度采集器330及多个温度传感器340。多个温度传感器340分别设置于换热管230、进水管240、出水管250、试验桩400以及试验土500上。温度采集器330分别与多个温度传感器340和控制部390连接。

具体地，应变检测部分别与模型槽装置100和控制部390连接，以将对模型槽装置100 检测的应变检测数据传送给控制部390。

作为本实用新型的一种实施方式，应变检测部包括光纤光栅解调仪370和多个光栅应变传感器380。多个光栅应变传感器380设置于试验桩400两侧。光纤光栅解调仪370分别与多个光栅应变传感器380及控制部390连接。

下面将具体阐述本实用新型的桩基埋管地源热泵系统模型的试验系统的使用方法。

(1)根据试验要求，在容置槽的内壁表面粘贴隔热层112。在容置槽装载试验桩400以及装载淹没试验桩400的试验土500，并击实试验土500。在试验土500和试验桩400上设置温度传感器340。将加载部120设置于试验桩400的远离容置槽的一端。在加载部120两侧安装位移计360。将进水管240和出水管250与装载于加载部本体121的通孔内的换热管230 的两侧连接。在进水管240与换热管230的接头处以及出水管250与换热管230的接头处分别设置一个温度传感器340。将进水管240与流量计270连接，将出水管250与循环泵260 连接。

(2)所有的量测装置300均与控制部390连接，进行数据的采集和记录。

(3)进行仪器调试。确定仪器工作正常后，将温控箱本体210设置预设温度，使得恒温舱220内循环液温度达到实验所需温度，并保持恒定。将传力端头133置于传力槽122内，进行试验所需机械荷载的施加。开启循环泵260，施加温度荷载。试验过程中保持循环泵260功率稳定；记录进水管240流量流速、进水管240温度、出水管250温度以及距试验桩400 轴线不同径向距离的土体温度、桩顶位移、桩头力、桩身应变等数据。

(4)完成试验，分析数据。

本实用新型的桩基埋管地源热泵系统模型的试验系统通过设置模型槽装置100对试验桩 400进行负载检测，设置温控循环装置200对模型槽装置100的温度进行控制，设置量测装置300对模型槽装置100的试验数据进行检测，模拟了桩基埋管地源热泵系统实际工作时的场景，从而对桩基埋管地源热泵系统模型试验研究关键因素进行检测，该试验系统结构简单，操作简便，具有良好的应用前景。

上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims

1.一种桩基埋管地源热泵系统模型的试验系统，其特征在于，所述试验系统包括模型槽装置、温控循环装置和量测装置，其中：

2.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于，所述模型箱包括模型箱本体、承载框架，所述模型箱本体具有容置槽，所述容置槽用于装载待测量的试验桩，所述容置槽的内壁表面设置有隔热层，所述承载框架设置于所述容置槽的开口上，所述承载框架上依次设置加载部和传力部。

3.根据权利要求2所述的试验系统，其特征在于，所述承载框架包括三个框架本体，所述三个框架本体沿远离所述容置槽的开口的方向依次设置，相邻的所述框架本体之间通过支撑梁固定连接；所述框架本体包括相对设置的两个第一横梁，以及连接两个第一横梁的同一端部的第二横梁，所述框架本体还包括连接两个第一横梁的中部的第三横梁，所述第三横梁的中部设置有轴承。

4.根据权利要求3所述的试验系统，其特征在于，沿远离所述容置槽的开口的方向依次为第一框架本体、第二框架本体和第三框架本体；

5.根据权利要求4所述的试验系统，其特征在于，所述加载部设置于所述第二框架本体与第一框架本体之间，所述加载部包括具有通孔的加载部本体，所述加载部本体的远离所述容置槽的一端设置有传力槽，所述传力槽与所述传力端头抵接；所述加载部本体的靠近所述容置槽的一端设置有套筒（123），所述套筒（123）用于与所述待测量的试验桩的一端连接，所述待测量的试验桩的另一端穿过所述第一框架本体的轴承装载于所述容置槽中。

6.根据权利要求5所述的试验系统，其特征在于，所述温控循环装置包括温控箱本体，设置于温控箱本体内部的恒温舱，设置于所述通孔内的换热管，所述温控循环装置还包括进水管和出水管，所述进水管的一端与所述换热管连通，所述进水管的另一端与所述恒温舱连通，所述出水管的一端与所述换热管连通，所述出水管的另一端与所述恒温舱连通。

7.根据权利要求6所述的试验系统，其特征在于，所述量测装置包括力检测部、温度检测部、位移检测部、应变检测部和控制部，其中：

8.根据权利要求7所述的试验系统，其特征在于，所述位移检测部包括位移采集器以及对称设置于所述加载部本体两侧的位移计，所述位移采集器分别与所述位移计和所述控制部连接。

9.根据权利要求8所述的试验系统，其特征在于，所述容置槽填充有淹没所述试验桩的试验土，所述温度检测部包括温度采集器及多个温度传感器，所述多个温度传感器分别设置于所述换热管、所述进水管、所述出水管、所述试验桩以及所述试验土上；所述温度采集器分别与所述多个温度传感器和所述控制部连接。

10.根据权利要求9所述的试验系统，其特征在于，所述应变检测部包括光纤光栅解调仪和多个光栅应变传感器，所述多个光栅应变传感器设置于所述试验桩两侧，所述光纤光栅解调仪分别与所述多个光栅应变传感器及所述控制部连接。